DE10065739B4

DE10065739B4 - Filter

Info

Publication number: DE10065739B4
Application number: DE10065739A
Authority: DE
Inventors: Mark A. Roll; Gregory K. Rhyne; Willie L. Stamey
Original assignee: Wix Filtration Corp LLC
Current assignee: Wix Filtration Corp LLC
Priority date: 1999-12-29
Filing date: 2000-12-29
Publication date: 2010-01-07
Anticipated expiration: 2020-12-30
Also published as: DE10065739A1; CA2329819C; US6350379B1; CA2329819A1

Abstract

Filter zum Filtern eines Fluids, welches folgendes aufweist:
einen Behälter (12), welcher ein erstes Ende (14) mit radial angeordneten Einlassöffnungen (20) und einer zentral angeordneten Auslassöffnung (22) und ein geschlossenes zweites Ende (16) hat;
ein erstes Filterelement (40), welches ein erstes ringförmiges Filtermedium (44) hat, welches einen ersten, im wesentlichen zylindrischen, hohlen Kernbereich (46) begrenzt, wobei das erste Filterelement (40) angrenzend an das erste Ende (14) des Behälters (12) angeordnet ist;
ein zweites Filterelement (70), welches ein zweites, ringförmiges Filtermedium (72) hat, welches einen zweiten, im wesentlichen zylindrischen, hohlen Kernbereich (74) bildet, wobei das zweite Filterelement (70) axial auf dem ersten Filterelement (40) angeordnet ist; und
ein Strömungsablenkelement (56), welches den zweiten, hohlen Kernbereich (74) mit dem ersten, hohlen Kernbereich (46) verbindet, wobei das Strömungsablenkelement (56) eine Strömungsablenkeinrichtung (95) aufweist, welche dem Fluid eine Rotationskomponente erteilt, wenn das Fluid axial von dem zweiten hohlen Kernbereich...

Description

Die erfindung befasst sich mit einem Filter zum Filtern eines Fluids.
Filterpatronen, die zum Filtern von Fluiden, wie Schmieröl, eingesetzt werden, können derart ausgelegt werden, dass sie ein erstes Filterelement als Filterelement ohne Verminderung des Durchtrittsquerschnitts und ein zweites Filterelement als Bypassfilterelement umfassen. Das Bypassfilterelement ist auf das Filterelement ohne Verminderung des Durchtrittsquerschnitts derart aufgesetzt, dass das Fluid radial durch die Filterelemente und in die hohlen Kernbereiche strömt und dann axial aus dem Filter austritt.
Eine solche Auslegung wird häufig zum Filtern von Schmieröl eingesetzt, welches bei Brennkraftmaschinen zu Schmierzwecken vorgesehen ist. Abrieb von der Brennkraftmaschine und insbesondere von den Kolbenringen steht in direktem Zusammenhang mit der tatsächlichen Filtrationsgröße des Schmieröls sowohl durch das Filterteil ohne Verminderung des Durchtrittsquerschnitts als auch durch das Bypassfilterteil, wobei die Ölströme nach der Filtration gemischt werden. Es hat sich gezeigt, dass sich durch die Kombination des Filterns mittels eines Filterelements ohne Verminderung des Durchtrittsquerschnitts mit der Filtration mittels eines Bypassfilterelements die Verschleißerscheinung an der Brennkraftmaschine im Vergleich zu einer solchen Auslegungsform reduzieren lassen, bei der nur eine Filtration mittels eines Elements ohne Verminderung des Durchtrittsquerschnitts vorgenommen wird. Ferner lassen sich bei einem Einsatz einer Kombination von einer Filtration ohne Verminderung des Durchtrittsquerschnitts und einer Bypassfiltration beim Schmieröl die Wartungsintervalle verlängern, so dass sich der Wartungsaufwand reduziert. Der Wartungsaufwand und die hierfür erforderlichen Kosten sind bei den Gesamtbetriebskosten eines Fahrzeugs zu berücksichtigen. Diese Betrachtung steht insbesondere bei Fahrzeugflotten im Vordergrund, wie bei Flotten, die von Fuhrunternehmern betrieben werden. Wenn man zusätzlich das Schmieröl möglichst rein hält, kann es in den Brennkraftmaschinen länger belassen werden und es braucht nicht innerhalb kürzerer Intervalle wiederaufbereitet zu werden. Hierdurch lassen sich Umweltbelastungen infolge von großen gebrauchten Schmierölmengen reduzieren, da weniger Brauchöl wiederaufbereitet zu werden braucht. Es bringt daher Vorteile mit sich, wenn man das Leistungsvermögen von Schmierölfilterpatronen verbessert, bei denen sowohl Filterelemente ohne Verminderung des Durchtrittsquerschnitts als auch Bypassfilterelemente zum Einsatz kommen.
DE 689 17 888 T2 zeigt, insbesondere in den 15 und 16, eine Filtervorrichtung mit zwei Filterelementen und im Hinblick auf das zu filternde Gut eine Rotationskomponente.
In US 4 655 914 A werden, insbesondere in 7, zwei Filtermedien gelehrt, wobei das jeweils in einem Filtermedium gefilterte Gut vor dem Auslass gemischt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Filter bereitzustellen, welcher ein verbessertes Leitvermögen ohne eine nennenswerteverminderung des Drucktrittsquerschnitts hat und bei dem sich das Austauschintervall vergrößern läßt.
Nach der Erfindung wird ein Filter zum Entfernen von Partikeln aus einem Fluid bereitgestellt, bei dem der Filter einen Behälter aufweist, welcher ein erstes Ende mit radial angeordneten Einlassöffnungen und einer zentralen Auslassöffnung und ein zweites Ende, welches geschlossen ist, hat. Ein erstes Filterelement, welches ein erstes, ringförmiges Filtermedium hat, welches einen ersten im wesentlichen zylindrischen, hohlen Kernbereich bildet, ist in der Nähe des ersten Endes des Behälters angeordnet. Ein zweites Filterelement, welches ein zweites, ringförmiges Filtermedium hat, welches einen zweiten, im wesentlichen zylindrischen, hohlen Kernbereich begrenzt, ist in hintereinanderliegender Anordnung axial bezüglich des ersten Filterelements vorgesehen. Ein Strömungsmischelement verbindet den zweiten, hohlen Kernbereich mit dem ersten, hohlen Kernbereich und umfasst eine Strömungsablenkeinrichtung, welche dem Fluid eine Rotationskomponente erteilt, wenn das Fluid axial aus dem zweiten hohlen Kernbereich in den ersten hohlen Kernbereich strömt, wodurch das Fluid, welches radial durch das erste Filtermedium geht, mit dem Fluid mit einer Rotationsbewegung vermischt wird, welches durch das zweite Filtermedium gefiltert worden ist, bevor das Fluid durch die zentrale Auslassöffnung des Filterbehältnisses durchgeht.
Gemäß einem weiteren Aspekt nach der Erfindung weist das Strömungsmischelement einen ringförmigen Kanal auf, welcher um einen Kernbereich ausgebildet ist, wobei der ringförmige Kanal eine Strömungsablenkeinrichtung darin hat, welche insbesondere derart ausgewählt ist, dass sie wenigstens eine axial verlaufende Rippe aufweist, wobei die Rippen im Fall von mehr als einer Rippe in Winkelrichtung voneinander versetzt sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt nach der Erfindung erstreckt sich die vorstehend beschriebene Rippe um den ringförmigen Kanal und stützt den Kernbereich des darin befindlichen Mischelements ab.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform hat der Kernbereich wenigstens ein Ende, welches hinsichtlich des Fluiddurch gangs geschlossen ist, so dass das Fluid von dem zweiten hohlen Kernbereich zu dem ersten hohlen Kernbereich nur durch den ringförmigen Kanal strömt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung ist der vorstehend beschriebene Filter zum Filtern von Schmieröl bei Brennkraftmaschinen bestimmt.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehend Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, in welcher gleiche oder ähnliche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Darin zeigen:
1 eine Seitenansicht eines nach der Erfindung ausgelegten Filters,
2 eine perspektivische Ansicht eines Strömungsänderungselements, welches bei der Patrone nach 1 eingesetzt wird, und
3 eine Unteransicht des Strömungsänderungselements nach 2.
Unter Bezugnahme auf 1 ist eine Filterpatrone 10 gezeigt, welche gemäß der Lehre nach der Erfindung ausgelegt ist. Die Filterpatrone 10 umfasst einen Behälter 12, welcher ein erstes Ende 14 und ein zweites Ende 16 hat. Das erste Ende 14 umfasst eine Endplatte 18, welche eine Mehrzahl von radial beabstandeten Einlassöffnungen 20 und eine zentrale axiale Öffnung 22 hat, welche koaxial zu einer Achse 24 des Filterbehälters ausgerichtet ist. Die Endplatte 18 ist an dem ersten Ende 14 und in dem Behälter 12 durch eine Umbördelungsanordnung 26 festgelegt.
Der Behälter 12 ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung als ein Filterbehälter zum Filtern von Schmieröl ausgelegt, und ist zum Einsatz bei Brennkraftmaschinen bestimmt. Der zentrale Auslass 22 hat Innengewindegänge 30, welche auf hohlen Stutzen (nicht gezeigt) geschraubt sind, welche von einer Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) vorstehen, um zu ermöglichen, daß gefiltertes Öl zur Brennkraftmaschine zurückgefördert werden kann. Die Mehrzahl von radial beabstandeten Einlassöffnungen 20 sind von den Stutzen getrennt und ermöglichen, dass Schmieröl in einen Ringraum 32 strömen kann, welcher in einem ersten Filterelementträger 34 gebildet wird, welcher auf der Innenfläche der Endplatte 18 aufliegt und einen Bund 36 umgibt, welcher die Gewindegänge 30 auf der Innenfläche hiervon hat.
Auf dem Filterelementträger liegt ein erstes Filterelement 40 auf, bei dem es sich um ein Filterelement ohne Verminderung des Durchtrittsquerschnitts handelt. Das erste Filterelement 40 hat einen Durchmesser, welcher kleiner als der Durchmesser des Gehäuses 12 ist, so dass ein ringförmiger Einlasskanal 42 zwischen dem Filterelement 40 und der Innenfläche der Wand des Behälters 12 gebildet wird. Das erste Filterelement 40 hat ein erstes, ringförmiges Filtermedium 44, welches einen ersten, hohlen Kernbereich 46 bildet, sowie ein erstes und ein zweites Ende, die durch eine erste und eine zweite Abschlusskappe 48 und 50 geschlossen sind. Die erste Abschlusskappe 48 liegt auf dem ringförmigen Träger 34 auf, während die zweite Abschlusskappe 50 ringförmig ausgebildet ist und eine durch dieselbe gehende Öffnung 52 begrenzt. Die Öffnung 52 nimmt ein Strömungsablenkelement 56 auf. Das Strömungsablenkelement 56 hat ein erstes Ende 58, welches in den ersten, hohlen Kernbereich 46 ragt, und ein zweites Ende 60, welches über das erste Filterelement 40 vorsteht. Das Strömungsablenkelement 56 hat einen radial vorspringenden Flansch 62, welcher auf der zweiten Abschlusskappe 50 derart aufliegt, dass er zwischen dem ersten Filterelement 40 und dem zweiten Filterelement 70 angeordnet ist.
Das zweite Filterelement 70 hat ein zweites, ringförmiges Filtermedium 72, welches darin einen zweiten, hohlen Kernbereich 74 bildet. Der zweite, hohle Kernbereich 74 steht in kommunizierender Verbindung mit dem ersten, hohlen Kernbereich 46 über das Strömungsablenkelement 56. Das zweite Filterelement 70 hat ein erstes Ende, welches durch eine erste, ringförmige Abschlusskappe 76 geschlossen ist, welche eine Öffnung 78 hat, welche durch diese Kappe geht und in welcher das zweite Ende 60 des Strömungsablenkelements 56 aufgenommen ist. Die erste, ringförmige Abschlusskappe 76 liegt auf der oberen Fläche des radialen Flansches 62 auf, so dass das Strömungsablenkelement an Ort und Stelle in Verbindung mit dem zweiten Ende 60 des Strömungsablenkelements eingespannt ist, welches in dem hohlen Kernbereich 74 des ersten, ringförmigen Filtermediums 72 aufgenommen ist. Am zweiten Ende des Filtermediums 72 ist eine zweite Abschlusskappe 80 vorgesehen, bei der es sich um eine geschlossene Scheibe ohne eine Mittelöffnung handelt. Die zweite Abschlusskappe 80 wird von einer Spiralfeder 82 beaufschlagt, die gegen das geschlossene, zweite Ende 16 des Behälters 20 anliegt, um das zweite Filterelement 70 in den radialen Flansch 62 des Strömungsablenkelements 56 zu drücken, welches seinerseits gegen das erste Filterelement anliegt und das erste Filterelement gegenüber dem Filterelementträger 34 hält.
Schmutzbeladenes Schmieröl 85, welches im ringförmigen Einlasskanal 42 strömt, und das nicht radial durch das erste Filtermedium 44 strömt, strömt radial durch das zweite Filtermedium 72 und dann durch das Strömungsablenkelement 56.
Unter Bezugnahme auf die 2 und 3 in Verbindung mit 1 ist das Strömungsablenkelement 56 als ein zylindrischer Einsatz mit einem ringförmigen Kanal 90 ausgelegt, welcher zwischen einer äußeren zylindrischen Hülse 92 und einer inneren zylindrischen Hülse 94 angeordnet ist. Die äußere Hülse 92 und die innere Hülse 94 werden mit Hilfe wenigstens einer Rippe 95 in Abstand zueinander gehalten. Vorzugsweise sind drei Rippen 95 vorgesehen, welche zwischen der inneren, kreisförmigen Hülse 94 und der äußeren, kreisförmigen Hülse 92 derart verlaufen, dass der Ringkanal 90 in drei in Umfangsrichtung beabstandete Kanäle 96. unterteilt ist. Wie sich aus 1 ersehen lässt, verlaufen die drei Rippen 95 ausgehend von dem zweiten Ende 60 des Strömungsablenkelements in Richtung zu dem ersten Ende 58 hiervon in Richtung der Achse 24 axial und sind bezüglich der Achse in Winkelrichtung voneinander beabstandet. Jeder der Kanäle 96 ist in ein und derselben Richtung abgelenkt. Wenn daher das Fluid durch die Kanäle 96 strömt, wird diesem eine Winkelkomponente erteilt und tritt daher von dem Ende 58 des Strömungsablenkelements derart aus, daß dem Fluid eine spiralförmige Bewegung erteilt wird, wie dies durch den Pfeil 88 angedeutet ist.
Das spiralförmig strömende Fluid 88 vermischt sich mit dem Fluid 99, welches radial durch das erste Filtermedium 44 gegangen ist, und dann erfolgt eine Richtungsänderung und das Fluid strömt axial aus dem Auslass 22 aus. Der aus dem Auslass 22 ausströmende Fluidstrom 100 ist somit ein Gemisch aus dem Fluidstrom 88 und dem Fluidstrom 99.
Die vorstehend beschriebene Auslegungsform ist insbesondere zweckmäßig bei Schmierölfiltern, wobei das erste Filterelement 40 ein Filterelement ohne Verminderung des Durchtrittsquerschnitts ist und das zweite Filterelement 70 ein Bypassfilterelement ist. Es hat sich als wünschenswert erwiesen, dass das Schmieröl, welches mittels des Bypassfilterelements 70 gefiltert worden ist, mit dem Filteröl gemischt wird, welches durch das Filterelement 40 ohne Verminderung des Durchtrittsquerschnitts gefiltert worden ist, bevor das Öl zu Brennkraftmaschine entsprechend dem Strömungsverlauf 100 zurückkehrt und durch den Auslass 22 geht. Diese Auslegung ist insbesondere von Vorteil, wenn das zweite Filterelement 70, welches das Bypassfilterelement bildet, derart ausgelegt ist, dass es zur Rückgewinnung von Schlamm geeignet ist, welcher von der Brennkraftmaschine erzeugt wird, während das Filterelement 40 ohne Verminderung des Durchtrittsquerschnitts nur partikelförmige Teilchen oder Schmutz ausfiltert. Wenn folglich der Ölstrom mehrfach durch die Filter patrone 10 geht, entfernt das erste Filterelement 40 hauptsächlich Schmutz oder teilchenförmige Stoffe und fängt diese in dem Filtermedium 44, während das zweite Filterelement 70 in dem zweiten Filtermedium 72 hauptsächlich den Ölschlamm einfängt. Somit hat das erste Filtermedium 44 ein gesteigertes Schmutzhaltevermögen, da es nicht auch noch den Fluidschlamm aufzunehmen braucht. Somit verfügt das gesamte Filtersystem in der Patrone 10 über ein größeres Fassungsvermögen und eine verbesserte Wirksamkeit bei einem verbesserten Filtern von Schmieröl, wodurch sich die Intervalle zwischen dem Austauschen von Ölfiltern in beträchtlichem Maße vergrößern lassen.
Die innere Hülse 94 bildet einen hohlen Kernbereich 98, welcher in der Nähe des Endes 90 eine Endwanne 99a hat, so dass das radiale durch das zweite Filtermedium 72 des zweiten Filterelements 70 strömende Fluid gezwungen wird, durch die Kanäle 96 des Ringkanals 60 zu gehen. Ein Großteil des Fluids versucht in den hohlen Kernbereich 98 zu strömen, welcher als ein schalenförmiges Teil ausgebildet ist, welches ein Zurückhalten von kontaminierenden Stoffen unterstützt, welche durch das Filtermedium 72 des zweiten Filterelements 70 gegangen sind.

Claims

Filter zum Filtern eines Fluids, welches folgendes aufweist: einen Behälter (12), welcher ein erstes Ende (14) mit radial angeordneten Einlassöffnungen (20) und einer zentral angeordneten Auslassöffnung (22) und ein geschlossenes zweites Ende (16) hat; ein erstes Filterelement (40), welches ein erstes ringförmiges Filtermedium (44) hat, welches einen ersten, im wesentlichen zylindrischen, hohlen Kernbereich (46) begrenzt, wobei das erste Filterelement (40) angrenzend an das erste Ende (14) des Behälters (12) angeordnet ist; ein zweites Filterelement (70), welches ein zweites, ringförmiges Filtermedium (72) hat, welches einen zweiten, im wesentlichen zylindrischen, hohlen Kernbereich (74) bildet, wobei das zweite Filterelement (70) axial auf dem ersten Filterelement (40) angeordnet ist; und ein Strömungsablenkelement (56), welches den zweiten, hohlen Kernbereich (74) mit dem ersten, hohlen Kernbereich (46) verbindet, wobei das Strömungsablenkelement (56) eine Strömungsablenkeinrichtung (95) aufweist, welche dem Fluid eine Rotationskomponente erteilt, wenn das Fluid axial von dem zweiten hohlen Kernbereich (74) zu dem ersten hohlen Kernbereich (46) strömt, wodurch das radial durch das erste Filtermedium (44) strömende Fluid mit dem eine Rotationsbewegung ausführenden Fluid vermischt wird, welches durch das zweite Filtermedium (72) gefiltert worden ist, bevor es axial durch den Auslass (22) der Filterpatrone (10) geht.
Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsablenkelement (56) einen ringförmigen Kanal (90) aufweist, welcher um einen Kernbereich ausgebildet ist, und dass der ringförmige Kanal (90) die Strömungsablenkeinrichtung (95) darin hat.
Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsablenkeinrichtung wenigstens eine zum Strömungsablenkelement (56) axial verlaufende Rippe (95) aufweist, wobei beim Vorhandensein von mehr als einer Rippe (95) die Rippen (95) in Winkelrichtung voneinander beabstandet sind.
Filter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippe (95) sich entlang des ringförmigen Kanals (96) erstreckt und einen Kernbereich (98) darin abstützt.
Filter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernbereich (98) wenigstens ein Ende (58) hat, welches den axialen Fluiddurchgang verschließt.
Filter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernbereich (98) hohl ausgebildet ist und ein erstes geschlossenes Ende (58) und ein zweites offenes Ende (60) hat, und dass das offene Ende (60) im zweiten hohlen Kernbereich (74) angeordnet ist, welcher von dem zweiten, ringförmigen Filterelement (70) gebildet wird.
Filter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste ringförmige Filtermedium (44) derart ausgelegt ist, dass hauptsächlich teilchenförmige Stoffe ausgefiltert werden.
Filter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite ringförmige Filtermedium (72) derart ausgelegt ist, dass hauptsächlich Schlamm ausgefiltert wird.